晶闸管及其制造方法与流程

本公开涉及半导体技术领域，特别是涉及一种晶闸管及其制造方法。

背景技术：

晶闸管(thyristor)是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

然而，现有的例如结温为125℃的双台面晶闸管系列通常采用玻璃作为钝化保护层，以确保合适的电压阻断能力和长期的可靠性，然而，当在150℃时，玻璃形成的钝化保护层将大大增加高温泄露，这容易导致漂移和可靠性问题。

技术实现要素：

本公开的一个目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

根据本公开的一个方面的实施例，提供了一种晶闸管，包括

n型衬底，所述n型衬底具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；

p型掺杂层，所述p型掺杂层形成于所述n型衬底的所述第一表面和/或第二表面上；

沟槽，所述沟槽从所述p型掺杂层的远离所述n型衬底的表面贯穿所述p型掺杂层并延伸到所述衬底内；以及

玻璃钝化保护层，所述玻璃钝化保护层形成在所述沟槽内；

其中，所述p型掺杂层、所述n型衬底和所述玻璃钝化保护层之间形成有薄氧层，所述薄氧层和所述玻璃钝化保护层之间形成有半绝缘多晶硅层。

在至少一个实施例中，所述半绝缘多晶硅层的厚度为至

在至少一个实施例中，所述薄氧层的厚度小于

在至少一个实施例中，所述薄氧层和所述半绝缘多晶硅层是经过退火处理的。

在至少一个实施例中，所述退火温度为800至850°。

在至少一个实施例中，所述退火处理的时间为20-60分钟。

在至少一个实施例中，所述p型掺杂层仅形成在所述n型衬底的第一表面，所述n型衬底的第二表面形成有n+型发射区。

在至少一个实施例中，所述n型衬底的第一表面和第二表面上均形成有所述p型掺杂层，所述第一表面上的所述p型掺杂层内形成有两个n+型发射区。

在至少一个实施例中，所述n型衬底的第一表面和第二表面上均形成有所述p型掺杂层，所述第一表面和所述第二表面上的所述p型掺杂层内均形成有n+型发射区。

根据本公开的另一方面的实施例，还提供了一种晶闸管制造方法，所述方法包括下列步骤：

提供n型衬底；

在所述n型衬底上形成p型掺杂层；

形成沟槽；

在所述沟槽内形成薄氧层；

在所述薄氧层上形成半绝缘多晶硅层；

在所述半绝缘多晶硅层上形成玻璃钝化保护层。

在至少一个实施例中，所述半绝缘多晶硅层的厚度为至

在至少一个实施例中，所述薄氧层的厚度小于

在至少一个实施例中，所述制造方法还包括在所述半绝缘多晶硅层上形成玻璃钝化保护层之前将所述薄氧层和所述半绝缘多晶硅层退火的步骤。

在至少一个实施例中，所述制造方法所述退火温度为800至850°。

在至少一个实施例中，所述制造方法所述退火处理的时间为20-60分钟。

在至少一个实施例中，所述制造方法还包括在所述沟槽内形成薄氧层之前对所述沟槽进行清洗的步骤。

在至少一个实施例中，所述制造方法还包括在所述薄氧层上形成半绝缘多晶硅层之后还包括通过透射电子显微镜观察以确定所述薄氧层和所述半绝缘多晶硅层的结构的步骤。

本公开上述实施例所提供的晶闸管及其制造方法通过在玻璃钝化保护层下方增tsipos薄层，可有助于平衡结耗尽区附近的电荷分布，以利于稳压，以便在保证良好的可靠性的情况下进一步增加结温。

附图说明

图1是根据本公开的一种示例性实施例的晶闸管的结构示意图；

图2是根据本公开的一种示例性实施例的晶闸管的结构示意图；

图3是根据本公开的一种示例性实施例的晶闸管的结构示意图；以及

图4是根据本公开的一种示例性实施例的晶闸管的制造方法的流程图。

具体实施方式

虽然将参照含有本公开的较佳实施例的附图充分描述本公开，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本公开的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本公开所描述的示例性实施例。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本公开的总体上的发明构思，提供了一种晶闸管，其包括n型衬底，所述n型衬底具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；p型掺杂层，所述p型掺杂层形成于所述n型衬底的所述第一表面和/或第二表面上；沟槽，所述沟槽从所述p型掺杂层的远离所述n型衬底的表面贯穿所述p型掺杂层并延伸到所述衬底内，以及玻璃钝化保护层，所述玻璃钝化保护层形成在所述沟槽内；其中，所述p型掺杂层、所述n型衬底和所述玻璃钝化保护层之间形成有薄氧层，所述薄氧层和所述玻璃钝化保护层之间形成有半绝缘多晶硅层。

图1是根据本公开的一种示例性实施例的晶闸管的结构示意图。

在一种示例性实施例中，如图1所示，该晶闸管包括n型衬底1，例如n型硅；该n型衬底1的第一表面和与第一表面相对的第二表面均形成有p型掺杂层2。该晶闸管还包括发射区，在该实施例中，位于n型衬底1的第一表面和第二表面上的p型掺杂层2内均形成有n+型发射区6、7。该晶闸管还包括从p型掺杂层2的远离n型衬底1的表面贯穿p型掺杂层2且延伸到n型衬底1的沟槽，沟槽内形成有玻璃钝化保护层3。其中，p型掺杂层2、n型衬底1和玻璃钝化保护层3之间形成有薄氧层4，薄氧层4和玻璃钝化保护层3之间形成有半绝缘多晶硅层5。该薄氧层4和半绝缘多晶硅层5可统称为tsipos薄层，该晶闸管通过在玻璃钝化保护层3下方增加tsipos薄层，可有助于平衡结耗尽区附近的电荷分布，以利于稳压，并防止tsipos薄层与n型衬底1、p型掺杂层2之间的泄露，从而在保证良好的可靠性的情况下进一步增加结温。

图2是根据本公开的一种示例性实施例的晶闸管的结构示意图。

在一种示例性实施例中，如图2所示，该晶闸管包括n型衬底1，例如n型硅；在n型衬底1的第一表面和与第一表面相对的第二表面均形成有p型掺杂层2。该晶闸管还包括发射区，在该实施例中，仅位于n型衬底1的第一表面的p型掺杂层内形成有两个n+型发射区7’。该晶闸管还包括从p型掺杂层2的远离n型衬底1的表面贯穿p型掺杂层2且延伸到n型衬底1的沟槽，沟槽内形成有玻璃钝化保护层3。其中，p型掺杂层2、n型衬底1和玻璃钝化保护层3之间形成有薄氧层4，薄氧层4和玻璃钝化保护层3之间形成有半绝缘多晶硅层5。该薄氧层4和半绝缘多晶硅层5可统称为tsipos薄层，该晶闸管通过在玻璃钝化保护层3下方增加tsipos薄层，可有助于平衡结耗尽区附近的电荷分布，以利于稳压，并防止tsipos薄层与n型衬底1、p型掺杂层2之间的泄露，从而在保证良好的可靠性的情况下进一步增加结温。

图3是根据本公开的一种示例性实施例的晶闸管的结构示意图。

在一种示例性实施例中，如图3所示，该晶闸管包括n型衬底1；仅在n型衬底1的第一表面上形成有p型掺杂层2，n型衬底1的第二表面形成有n+型发射区6’。该晶闸管还包括从p型掺杂层2的远离n型衬底1的表面贯穿p型掺杂层2且延伸到n型衬底1的沟槽，沟槽内形成有玻璃钝化保护层3。其中，p型掺杂层2、n型衬底1和玻璃钝化保护层3之间形成有薄氧层4，薄氧层4和玻璃钝化保护层3之间形成有半绝缘多晶硅层5。该薄氧层4和半绝缘多晶硅层5可统称为tsipos薄层，该晶闸管通过在玻璃钝化保护层3下方增加tsipos薄层，可有助于平衡结耗尽区附近的电荷分布，以利于稳压，并防止tsipos薄层与n型衬底1、p型掺杂层2之间的泄露，从而在保证良好的可靠性的情况下进一步增加结温。

在一种示例性实施例中，如图1至图3所示，薄氧层4的厚度例如小于然而需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其他一些实施例中，薄氧层4的厚度也可以采用其他数值，例如

在一种示例性实施例中，如图1至图3所示，半绝缘多晶硅层5的厚度为至然而需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其他一些实施例中，半绝缘多晶硅层5的厚度也可以采用其他数值，例如

在一种示例性实施例中，如图1至图3所示，tsipos薄层是经过退火处理的。退火温度例如可以为800至850°。退火的时间例如可以为20-60分钟，优选为30分钟。该晶闸管通过对tsipos薄层进行退火，可以进一步防止tsipos薄层与n型衬底1、p型掺杂层2之间的泄露，从而在保证良好的可靠性的情况下进一步增加结温。

根据本公开的另一方面，如图4所示，还提供了一种晶闸管的制造方法，其包括以下步骤：在方框21处，提供n型衬底1，例如n型硅。在方框22处，在n型衬底1上形成p型掺杂层2；其中，p型掺杂层2中的掺杂剂浓度和p型掺杂层2的层厚度可以根据待形成于n型衬底1中的晶闸管的电气性质来设计。在各种实施方案中，p型掺杂层2的层厚度例如可以在20μm到80μm的范围内。在方框23处，形成沟槽；该沟槽可以通过刻蚀形成。其中，刻蚀方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀包括光挥发、气相腐蚀、等离子体腐蚀等。在本实施方式中，使用的刻蚀方法为干法刻蚀，从而更易实现自动化、处理过程未引入污染、清洁度高。在方框25处，在沟槽内生长薄氧层4；该薄氧层4的厚度例如小于在方框26处，在薄氧层4上形成半绝缘多晶硅层5；例如通过低压化学气相沉积法在薄氧层4上形成半绝缘多晶硅层5；以及在方框29处，在半绝缘多晶硅层5上形成玻璃钝化保护层3。

在一种示例性实施例中，如图4所示，该制造方法还包括：在方框27处，在半绝缘多晶硅层4上形成钝化保护层3之前将薄氧层4和半绝缘多晶硅层5(即，tsipos薄层)退火的步骤。其中，退火的温度例如可以为800至850°。退火的时间例如可以为20-60分钟，优选为30分钟。

在一种示例性实施例中，如图4所示，该制造方法还包括：在方框28处，在薄氧层4上形成半绝缘多晶硅层5之后还包括通过透射电子显微镜观察以确定薄氧层4和半绝缘多晶硅层5的结构的步骤。

在一种示例性实施例中，如图4所示，该制造方法还包括：在方框24处，在沟槽内形成薄氧层4之前对沟槽进行清洗的步骤。

本公开上述实施例所提供的晶闸管及其制造方法通过在玻璃钝化保护层下方增加tsipos薄层，可有助于平衡结耗尽区附近的电荷分布，以利于稳压，并防止tsipos薄层与n型衬底1、p型掺杂层2之间的泄露，以在保证良好的可靠性的情况下进一步增加结温。此外，通过对tsipos薄层进行退火，可以进一步防止tsipos薄层与衬底、p型掺杂层之间的泄露。因此，该晶闸管可以在良好的可靠性的情况下进一步增加结温，例如对于双台面晶闸管系列，结温可以从125℃增加到150℃。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

在详细说明本公开的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本公开亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。